JP2007157767A - チップの実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全体の厚さを高精度に設定できるよう複数のチップを積層実装するための実装装置を提供することにある。
【解決手段】基板にペーストを介して複数のチップＴ１〜Ｔ３を順次積層して実装する実装ツール１１と、検出面１６を有し、基板又はこの基板に実装されたチップから検出面までの高さを非接触で検出するレーザ変位計１５と、チップを基板に実装するとき、レーザ変位計によって検出された基板又は基板に実装されたチップから検出面までの高さと、実装ツールのチップを保持した保持面の高さとの差が所定の値になるよう実装ツールを下降させてチップに加える加圧力を制御する制御装置とを具備する。
【選択図】 図４

Description

この発明は基板に複数の半導体チップやスペーサチップなどのチップをペーストを介して積層して実装するチップの実装装置に関する。

電子回路を構成する基板には半導体チップが実装され、この半導体チップに形成された電極と、上記基板に形成された配線パターンとをボンディングワイヤで接続するということが行われている。最近では電子回路の複雑化に伴い、１枚の基板に実装される半導体チップの数が増加している。

上記基板に複数の半導体チップを実装する際、これら半導体チップを平面的に配置すると基板の大型化を招くため、実用的でない。そこで、最近では基板に複数の半導体チップをペーストを介して積層して実装することで、基板の小型化や高密度化を図るようにしている。

基板に複数の半導体チップを積層して実装する場合、上下に位置する半導体チップ間に、この半導体チップよりも面積が小さいミラーチップと呼ばれるスペーサチップを介在させることがある。それによって、積層される上下の半導体チップ間の周辺部に所定高さの空間を確保し、その空間に下側に位置する半導体チップの周辺部に一端が接続されるボンディングワイヤの立ち上がり部分を介在させることができるようにしている。

また、半導体チップの一方の面にバンプ、他方の面に電極が形成されているような場合、複数の半導体チップは積層される半導体チップ間にスペーサチップを設けず、ペーストを介して直接、積層実装されることもある。

複数の半導体チップやスペーサチップなどの複数のチップを積層して実装する場合、基板から最上段の半導体チップまでの高さ、つまり製品厚さを予め設定された厚さにすることが要求される。とくに、その製品が薄型の電子機器に用いられるような場合、製品の厚さが精密に要求されることがある。

従来、基板にペーストを介して複数のチップを積層実装する場合、チップを吸着保持した実装ツールを、基板上のチップが実装される実装位置の上方に位置決めする。基板の実装位置にはペーストが供給塗布される。

チップが実装位置に位置決めされたならば、実装ツールを下降方向に駆動する。上記実装ツールが下降方向に駆動されて上記チップが基板に接触すると、そのことが接触検出器（タッチセンサ）によって機械的に検出され、その高さ位置が０点として認識される。ついで、上記実装ツールは０点から所定距離下降方向に駆動される。それによって、上記チップには所定の加圧力が加えられて上記基板に上記ペーストを介して実装されることになる。

このようにして最初のチップを基板に実装したならば、このチップの上面にペーストが供給される。ついで、このチップの上面に２番目のチップが実装ツールによって積層実装される。

この場合も、基板に最初のチップを実装するときと同様、接触検出器によって２番目のチップが最初のチップにペーストを介して接触したことを検出したならば、その高さを０点として認識し、その０点から実装ツールを所定距離下降させることで、２番目のチップに所定の加圧力を与えてそのチップを最初のチップの上に積層実装する。そして、このようにして複数のチップが基板上にペーストを介して積層実装されることになる。

ところで、上記接触検出器は、通常、実装される半導体チップやスペーサチップなどのチップが基板や前の工程で実装されたチップに接触することで、実装ツールに加わる荷重変化或いは実装ツールの位置の変化を検知し、そのときの実装ツール、つまりチップの高さ位置を０点として認識している。

しかしながら、積層されるチップ間に介在するペーストは、ペーストの種類や温度などの外部環境によって粘度が変化するということがあったり、供給量が一定でないなどのことが有る。

そのため、実装ツールを上記接触検出器が０点として認識した高さ位置から、所定距離下降させることで、チップに所定の加圧力を加えて積層実装しても、その加圧力に対してペーストの厚さの変化が一定とならないことがある。

そして、そのような実装が複数回繰り返されると、厚さの誤差が累積されることになるから、最終的な製品の厚さ、つまり複数のチップの積層した全体の厚さが最初に設定された厚さに対して誤差が大きくなるということがある。

この発明は、基板にペーストを介して複数のチップを積層して実装する場合、全体の厚さを高い精度に設定することができるようにしたチップの実装装置を提供することにある。

この発明は、基板にペーストを介して複数のチップを積層して実装するチップの実装装置であって、
上記基板に上記ペーストを介して複数のチップを順次積層して実装する実装手段と、
検出面を有し、上記基板又はこの基板に実装されたチップから上記検出面までの高さを非接触で検出する非接触検出手段と、
上記チップを上記基板に実装するとき、上記非接触検出手段によって検出された上記基板又は基板に実装されたチップから上記検出面までの高さと、上記実装手段の上記チップを保持した保持面の高さとの差が所定の値になるよう上記実装手段を下降させて上記チップに加える加圧力を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とするチップの実装装置にある。

基準面を有し、上記基板に上記チップを実装する前に、上記実装手段の上記保持面を上記基準面に接触させることで、上記非接触検出手段の検出面と上記実装手段の上記チップを保持する保持面との高さの差を上記非接触検出手段によって検出させる基準治具を有することが好ましい。

上記非接触検出手段はレーザ変位計であって、上記実装手段と一体的に設けられていることが好ましい。

この発明によれば、非接触検出器によって検出される高さに基いて複数のチップを積層実装するため、ペーストの粘度や供給量が変化しても、最終的な厚さに誤差が生じるのを防止することが可能となる。

以下、この発明の一実施の形態を図１乃至図６を参照して説明する。
図１に示すこの発明の実装装置Ａはベース１を有する。このベース１上にはＸテーブル２が同図に矢印で示すＸ方向に沿って移動可能に設けられている。このＸテーブル２は上記ベース１に設けられたＸ駆動源３によってＸ方向に沿って駆動されるようになっている。

上記Ｘテーブル２にはＹテーブル４が上記Ｘ方向と交差するＹ方向に知って移動可能に設けられている。このＹテーブル４は上記Ｘテーブル２に設けられたＹ駆動源５によって上記Ｙ方向に駆動可能となっている。

上記Ｙテーブル４の上面には取付け体６が設けられている。この取付け体６の垂直な面にはＺガイド体７が設けられている。このＺガイド体７にはＺ可動体８が図１に矢印で示すＺ方向、つまり上下方向に沿って移動可能に設けられている。このＺ可動体８は上記Ｚガイド体７の上端面に設けられたＺ駆動源９によってＺ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｚ可動体８の下端には実装手段としての実装ツール１１がボイスコイル１２を介して設けられている。実装ツール１１の下端面は後述する第１、第２の半導体チップＴ１、Ｔ３やスペーサチップＴ２を吸着保持する保持面１３となっている。

上記Ｚ可動体８の側面には取付け部材１４が設けられ、この取付け部材１４には非接触検出手段としてのレーザ変位計１５がその検出面１６を下方に向けて取付け高さの調整可能に設けられている。レーザ変位計１５はその検出面１６の高さ、つまり検出面１６に対向位置する基板Ｗの上記チップＴ１〜Ｔ３が実装される実装面から上記検出面１６までの高さＡ（図４に示す）を非接触で検出することができるようになっている。

図３に示すように、レーザ変位計１５の検出信号は制御装置２１に入力される。この制御装置２１は基板Ｗの実装面の高さを検出したレーザ変位計１５からの検出信号によってその検出面１６の高さＡを求め、その高さＡから上記レーザ変位計１５の検出面１６の高さＡと実装ツール１１の保持面１３の高さの差Ｂ（図４に示す）を後述するように算出する。

検出面１６と保持面１３との高さの差Ｂが算出されれば、その値Ｂによって上記保持面１３から基板Ｗの実装面までの高さＣ、つまり実装ツール１１によるチップＴ１〜Ｔ３の実装高さＣがＣ＝Ａ−Ｂによって算出することができる。

そして、制御装置２１はチップＴ１〜Ｔ３を基板Ｗに実装するときに、上記実装ツール１１の保持面１３の実装高さＣが上記制御装置２１に設定された後述する設定高さになるよう、上記実装ツール１１の下降方向への駆動を制御するようになっている。

上記レーザ変位計１５の検出面１６の高さＡと、実装ツール１１の保持面１３の高さの差Ｂは図５に示すように基準面２４を有する基準治具２３を用いて求められる。すなわち、実装ツール１１の保持面１３を基準治具２３の基準面２４に接触させる。このときの上記保持面１３の高さを０とする。そして、実装ツール１１の保持面１３が基準面２３に接触した状態で、レーザ変位計１５によって上記検出面１６の上記基準面２３からの高さを検出すれば、その高さがレーザ変位計１５の検出面１６の高さＡと実装ツール１１の保持面１３の高さの差Ｂとして求めることができる。

図１に示すように、上記基板Ｗは搬送手段を構成する一対の搬送レール２６に沿って所定ピッチずつ間欠的に搬送される。上記基板ＷにチップＴ１〜Ｔ３を実装する実装位置にはＺ方向に駆動されるバックアップツール２７が設けられている。そして、基板ＷにチップＴ１〜Ｔ３を実装するとき、上記バックアップツール２７が上昇して基板Ｗの下面を保持するようになっている。

なお、上記基準治具２３が図１に示すように上記実装位置の近くに配置されている。そして、上記検出面１６と保持面１３との高さ寸法の差Ｂは定期的、たとえば始業時や実装ツール１１を交換したときなどに測定されて制御装置２１にティーチングされる。

図２に示すように、上記基板Ｗの搬送方向において、上記実装装置３０の上流側にはペーストＰを供給するペースト供給装置４０が設けられている。このペースト供給装置４０は基板ＷにペーストＰを供給する。ペーストＰが供給された基板Ｗは実装位置に搬送され、そこで最初に半導体チップＴ１が実装される。半導体チップＴ１が実装された基板Ｗはペースト供給装置Ｂに戻されて半導体チップＴ１上面にペーストＰが供給される。

ペーストＰが供給された基板Ｗは実装装置３０に搬送され、ペーストＰが供給された半導体チップＴ１にスペーサチップＴ２が積層実装される。つぎに、スペーサチップＴ２にペーストＰが供給された後、このスペーサチップＴ２にさらに半導体チップＴ３が実装される。それによって、基板Ｗには最終的に図６に示すように２つの半導体チップＴ１、Ｔ３の間にスペーサチップＴ２がそれぞれペーストＰを介して積層実装される。

基板Ｗに実装される最初の半導体チップＴ１の実装高さ、つぎに実装されるスペーサチップＴ２の実装高さ、及びスペーサチップＴ２上に実装される２番目の半導体チップＴ３の実装高さは予め設定されており、それらの高さは上記設定高さＨ１、Ｈ２及びＨ３（図６に示す）として制御装置２１に記憶されている。

上記基板Ｗに最初の半導体チップＴ１を実装するとき、実装ツール１１は実装位置の上方に位置決めされた後、下降方向に駆動される。実装ツール１１が下降方向に駆動されると、レーザ変位計１５によって基板Ｗの実装面からその検出面１６までの高さＡが検出される。

実装ツール１１の保持面１３に保持された半導体チップＴ１が基板Ｗに近付く高さまで下降すると、その下降速度が減速される。実装ツール１１がさらに下降して半導体チップＴ１が基板ＷにペーストＰを介して接触すると、レーザ変位計１５が検出する検出面１６の高さＡと、基準治具２３によって予め求められた検出面１６と保持面１３との高さの差Ｂから算出される半導体チップＴ１の実装高さＣ１が予め設定された設定高さＨ１になるまで、上記実装ツール１１が下降方向に駆動される。それによって、半導体チップＴ１は図６に示すように上記設定高さＨ１に対応する実装高さＣ１で基板Ｗに実装されることになる。

つまり、半導体チップＴ１はレーザ変位計１５が検出する検出面１６の高さＡから算出される実装高さＣ１が設定高さＨ１になるよう基板Ｗに実装されるため、基板Ｗと半導体チップＴ１との間に介在するペーストＰの粘度や供給量が変化しても、それらの変化に左右されることなく、予め設定された設定高さＨ１となるよう基板Ｗに実装される。

つぎに、半導体チップＴ１にスペーサチップＴ２を積層実装するときには、レーザ変位計１５が検出するその検出面１６の高さＡに基いてスペーサチップＴ２の実装高さＣ２（図示せず）が算出される。そして、その実装高さＣ２が予め設定された設定高さＨ２になるまで、実装ツール１１が下降方向に駆動され、スペーサチップＴ２を基板Ｗに実装された半導体チップＴ１の上面にペーストＰを介して実装する。

この場合も、スペーサチップＴ２はレーザ変位計１５が検出面１６の高さＡを検出したなら、その検出面１６の高さＡに基き算出される実装高さＣ２がスペーサチップＴ２の設定高さＨ２に一致するまで実装ツール１１が下降して実装される。そのため、半導体チップＴ１の上面に供給されたペーストＰの粘度や供給量の変化に左右されることなく、上記スペーサチップＴ２を予め設定された設定高さＨ２で実装することができる。

スペーサチップＴ２の上面にはさらに２番目の半導体チップＴ３がペーストＰを介して実装される。その場合も、レーザ変位計１５が検出する検出面１６の高さＡに基き実装高さＣ３が算出され、その実装高さＣ３と２番目の半導体チップＴ３の設定高さＨ３が一致するまで実装ツール１１を下降させることで、その半導体チップＴ３の実装が行なわれる。

したがって、この場合も、スペーサチップＴ２と半導体チップＴ３との間に介在するペーストＰの粘性や量に左右されることなく、２番目の半導体チップＴ３を予め設定された設定高さＨ３になるよう積層実装することができる。

このように、２つの半導体チップＴ１、Ｔ３とスペーサチップＴ２は、レーザ変位計１５が検出する検出面１６の高さから算出される実装高さＣ１〜Ｃ３がそれぞれ設定高さＨ１〜Ｈ３になるよう積層実装される。そのため、積層実装された複数のチップＴ１〜Ｔ３の最終的な高さ、つまり製品厚さを予め決められた高精度に一致させることができることになる。

上記一実施の形態では、レーザ変位計１５の検出面１６の高さＡは、基板ＷのチップＴ１〜Ｔ３が実装される面を基準にして検出したが、２つの半導体チップＴ１、Ｔ３と１つのスペーサチップＴ２を交互に積層する場合、通常はスペーサチップＴ２が半導体チップＴ１、Ｔ３よりも面積が小さい。

そのため、最初に半導体チップＴ１を基板Ｗに実装するときには基板Ｗを基準にして検出面１６の高さを検出し、この半導体チップＴ１にスペーサチップＴ２を実装するときには半導体チップＴ１の上面を基準にして検出面１６の高さＡを検出するようにしてもよい。

それによって、最初に実装される半導体チップＴ１の厚さと、ペーストＰの厚さを含めた実装高さＣ１に影響を受けることなく、つぎの半導体チップＴ２を実装したときのペーストＰの厚さ、つまりスペーサチップＴ２の実装高さＣ２を設定することができるから、実装高さの誤差が積算されるのを防止できる。

そして、スペーサチップＴ２に２番目の半導体チップＴ３を実装するときには再度、最初の半導体チップＴ１の上面を基準にして２番目の半導体チップＴ３を実装すればよい。

このように、スペーサチップＴ２と２番目の半導体チップＴ３を、最初に実装された半導体チップＴ１の上面を基準にして実装すれば、スペーサチップＴ２と２番目の半導体チップＴ３の実装高さを、基板Ｗに最初に実装された半導体チップＴ１の設定高さの精度に影響されることなく、高い精度で実装することが可能となる。

上記実施の形態では２つの半導体チップをスペーサチップを介して実装するようにしたが、その数はなんら限定されるものでなく、またスペーサチップを介在させずに、複数の半導体チップを積層実装する場合であっても、この発明を適用することができる。

また、ペーストとしては熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などであってもよく、要はペースト供給装置によって供給される液体状のものだけでなく、予め基板やチップに貼着されるシート状のテープであってもよい。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。 ペースト塗布装置と実装装置を示すブロック図。 制御回路のブロック図。 レーザ変位計によって半導体チップの実装高さを求めるときの説明図。 基準治具によって実装ツールの保持面とレーザ変位計の検出面との高さの差を求めるときの説明図。 基板にスペーサチップを介して積層実装される半導体チップを示す図。

符号の説明

Ｗ…基板、Ｐ…ペースト、Ｔ１〜Ｔ３…チップ、１１…実装ツール、１３…保持面、１５…レーザ変位計（非接触検出手段）、１６…検出面、２１…制御装置、２３…基準治具、２４…基準面。

Claims (3)

1. 基板にペーストを介して複数のチップを積層して実装するチップの実装装置であって、
   上記基板に上記ペーストを介して複数のチップを順次積層して実装する実装手段と、
   検出面を有し、上記基板又はこの基板に実装されたチップから上記検出面までの高さを非接触で検出する非接触検出手段と、
   上記チップを上記基板に実装するとき、上記非接触検出手段によって検出された上記基板又は基板に実装されたチップから上記検出面までの高さと、上記実装手段の上記チップを保持した保持面の高さとの差が所定の値になるよう上記実装手段を下降させて上記チップに加える加圧力を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とするチップの実装装置。
2. 基準面を有し、上記基板に上記チップを実装する前に、上記実装手段の上記保持面を上記基準面に接触させることで、上記非接触検出手段の検出面と上記実装手段の上記チップを保持する保持面との高さの差を上記非接触検出手段によって検出させる基準治具を有することを特徴とする請求項１記載のチップの実装装置。
3. 上記非接触検出手段はレーザ変位計であって、上記実装手段と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１記載のチップの実装装置。

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